未来计算机体系结构将是什么样的发展趋势

Question

如题所述

Answer 1

计算机体系结构的现状及发展趋势

1.
计算机体系结构现状概述

计算机体系结构是选择并相互连接硬件组件的一门科学和艺术，
在人们不断
探索研究的过程中，
一直在追求计算机的功能、
性能、
功率以及花费的高度协调，
以期达到各方面的最佳状态，在花费、能量、可用性的抑制下，实现计算机的多
功能、高性能、低功率、少花费的一个新时代。根据当前体系结构的发展现状，
要实现以上全部要求的一台计算机，
还存在着诸多的限制条件，
包括逻辑上的以
及硬件上的。
计算机的体系结构范围很广，
定义也很宽泛，
它包含了指令集的设
计、组织、硬件与软件的边界问题等等，同时涉及了应用程序、技术、并行性、
编程语言、接口、编译、操作系统等很多方面。作为各项技术发展的中心，体系
结构一直在不断地朝前发展。

纵观计算机体系结构一路发展的历史，从
60
年代中期以前，最早的体系结
构发展的早期时代，
计算机系统的硬件发展很快，
通用硬件已经很普遍，
但是软
件的发展却很滞后，刚刚起步，还没有通用软件的概念。从
60
年代中期到
70
年代中期，
体系结构有了很大进步。
多道程序、
多用户系统引入了人机交互的新
概念，
开创了计算机应用的新境界，
使硬件和软件的配合上了一个新的层次，
但
是此时的软件由于个体化特性很难维护，出现了“软件危机”。从
20
世纪
70
年代中期开始，
分布式系统开始出现并流行，
极大地增加了系统的复杂性，
出现
了微处理器并获得了广泛应用。如今计算机的体系结构发展已经进入了第四代，
硬件和软件得到了极大的综合利用，
迅速地从集中的主机环境转变成分布的客户
机／服务器
(
或浏览器／服务器
)
环境，新的技术不断涌现出来。尽管如此，计算
机在总体上、功能上需要解决的问题仍然存在。随着
RISC
技术、
Cache
等创
新技术的发展，不仅仅在专业领域，越来越多的
PC
机也在向此靠拢。在每一次
进步与创新的同时使组件的成本降到最低成为最需要考虑的问题。

本文主要介绍高性能计算机的体系结构中应用的关键技术以及高性能计算
机体系结构技术的发展趋势。

2
高性能计算机体系结构

高性能计算
(high performance compute
，
HPC)
是一个计算机集群系统，它
通过各种互联技术将多个计算机系统连接在一起，
利用所有被连接系统的综合计
算能力来处理大型计算问题。
高性能计算方法的基本原理就是将问题分为若干部
分，
而相连的每台计算机
(
称为节点
)
均可同时参与问题的解决，
从而显著缩短了
解决整个问题所需的计算时间。解决大型计算问题需要功能强大的计算机系统，
随着高性能计算的出现，
使这一类应用从昂贵的大型外部计算机系统演变为采用
商用服务器产品和软件的高性能计算机集群。
因此，
高性能计算系统已经成为解
决大型问题计算机系统的发展方向。

对于服务器而言，
单纯地提高单个处理器的运算能力和处理能力正在变得越
来越难，虽然制造商从材料、工艺和设计等方面进行了不懈的努力，近期内
CPU
保持着高速的增长势态，
但高频之下的高功耗所引起的电池容量问题和散热问题
等负面效应，
以及这些负面效应对整机系统产生的电磁兼容性问题，
又反过来将
CPU
运算能力的提升推到了暮年。显然，提高单个处理器速度和性能已是强弩之
末。而研发多个
CPU
的并行处理技术，才是真正提高现代服务器处理能力和运算
速度的有效途径。目前，由图
SIMD
技术、
Single
Proc
技术、
Const
技术已经不再
使用，并行处理技术主要有
SMP
技术、
NUMA
技术、集群技术和网格技术等。根据
2006
年对排行前
500
名的机器作
TOP500
统计，
TOP500
中的
Cluster
约占
70
。
8
％，
MPP(
含
CC
—
NUMA)
约占
22
％，而
SMP
约占
7
。
2
％。

Answer 2

越来越小 越来越先进呗